專利名稱：一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，特別涉及一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物組織的電特性能夠反映生物體的生理病理信息，表現(xiàn)為不同生物組織具有不同的電阻抗特性；生物組織的阻抗隨著生理活動(dòng)而變化；病變生物組織的阻抗與正常組織之間存在較大差異。以生物組織的電阻抗分布為成像目標(biāo)的電阻抗成像在對(duì)于病變組織的定位和疾病的早期診斷方面具有重要的臨床價(jià)值。其原理是向成像目標(biāo)施加一定的安全激勵(lì)電流(或電壓)，通過(guò)測(cè)量目標(biāo)組織表面的電壓(或電流)信號(hào)，根據(jù)圖像重建方法來(lái)獲得被測(cè)組織體內(nèi)部的電阻抗分布圖像。近年來(lái)，電阻抗成像系統(tǒng)因其對(duì)人體檢測(cè)無(wú)創(chuàng)、成像設(shè)備簡(jiǎn)單和操作方便等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外許多研究者對(duì)電阻抗成像系統(tǒng)做了深入的研究。既有固定安置點(diǎn)電極的裝置，例如徐桂芝等[1]設(shè)計(jì)的128通道的生物電阻抗成像裝置；陳香才等[2]設(shè)計(jì)的多電極電阻抗斷層成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；也有陣列式電極設(shè)計(jì)，例如沙洪等M設(shè)計(jì)的一種用于電阻抗成像的電極陣列傳感器；何為等[4]設(shè)計(jì)的用于電阻抗成像的增量放大式信號(hào)測(cè)量裝置；德國(guó)特福特大學(xué)[5]提出的一種兩組電極陣列方式用于進(jìn)行電阻抗成像的設(shè)備和方法等。然而，目前的電阻抗成像系統(tǒng)仍面臨成像分辨率較低和成像準(zhǔn)確度不高的現(xiàn)狀， 不能夠滿足臨床診斷的需要。這是因?yàn)殡娮杩箞D像重建的實(shí)質(zhì)是通過(guò)表面電位(或表面電位差)求解一個(gè)非線性的、欠定的和病態(tài)性逆問(wèn)題；目前的電阻抗成像系統(tǒng)大多都是采用固定電極的信號(hào)激勵(lì)和采集模式，參見(jiàn)圖1，以16電極為例，測(cè)量時(shí)以相鄰或相對(duì)電極為激勵(lì)電極，其他電極為測(cè)量電極，獲得其他14個(gè)位置點(diǎn)的電壓(或電流)信息，該系統(tǒng)受成像體表面積所限，能夠安置的電極數(shù)量有限，這就使得欠定性問(wèn)題難以得到改善；而且由于測(cè)量電極大多采用均勻安置方式，不能在電位變化較大的有效區(qū)域內(nèi)獲得更多的有用信息。參考文獻(xiàn)[I] 一種128通道的生物電阻抗成像裝置，公開(kāi)號(hào)CN201341881Y，
公開(kāi)日
2009. 11. 11 ；[2]多電極電阻抗斷層成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，公開(kāi)(公告)號(hào)CN102274025A，公開(kāi) (公告)H =2011. 12. 14 ；[3] 一種用于電阻抗成像的電極陣列傳感器,公開(kāi)(公告)號(hào)CN2902191Y,公開(kāi) (公告)H :2007. 05. 23 ；[4] 一種用于電阻抗成像的增量放大式信號(hào)測(cè)量裝置，公開(kāi)號(hào)CN101125080A，
公開(kāi)日2008. 02. 20 ；[5]用于進(jìn)行電阻抗成像的設(shè)備和方法，公開(kāi)(公告)號(hào)CN101466303A，公開(kāi)(公告)H 2009. 06. 24。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在有效的區(qū)域內(nèi)更大限度的提取更多測(cè)量信息，從而提高成像分辨率與成像精度，詳見(jiàn)下文描述—種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，包括一對(duì)激勵(lì)電極、第一測(cè)量電極、 第二測(cè)量電極、激勵(lì)源、測(cè)量裝置和微處理器，其中，所述激勵(lì)電極固定設(shè)置在所述成像體上，所述激勵(lì)電極將所述激勵(lì)源發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)引入所述成像體；所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的掃描；所述測(cè)量裝置通過(guò)所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極采集所述成像體的測(cè)量信息，并將所述測(cè)量信息傳輸至所述微處理器，所述微處理器對(duì)所述測(cè)量信息進(jìn)行處理，重建所述成像體的電阻抗分布圖像。所述激勵(lì)源具體為電壓源或電流源。所述激勵(lì)源具體為單一頻率或多個(gè)頻率的電流源。所述激勵(lì)源具體為單一頻率或多個(gè)頻率的電壓源。所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極都為活動(dòng)端。所述第二測(cè)量電極固定于成像體表面的任意位置，作為參考電極，所述第一測(cè)量電極為活動(dòng)端，其中所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極地位等同。所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的掃描具體為所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的等間距掃描。所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的掃描具體為所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的非等間距掃描。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)以開(kāi)放式局部測(cè)量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的封閉測(cè)量，以掃描電極測(cè)量方式代替固定電極模式，本發(fā)明設(shè)計(jì)的電阻抗成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明克服了成像體表面面積對(duì)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極安置數(shù)量的限制，并且通過(guò)對(duì)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極的設(shè)置極大程度的提高了排布測(cè)量電極的密度，增加有用信息，從而改善了電阻抗重建的病態(tài)性，提高了電阻抗 (或阻抗譜)成像的分辨率；并且通過(guò)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極沿成像體的表面在激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的等間距掃描，或非等間距掃描，提高了信號(hào)的采集效率和微處理器的求解效率，提高了圖像的重建質(zhì)量。


圖I為傳統(tǒng)的電阻抗成像電極安置方式示意圖；圖2為本發(fā)明提供的第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極都為活動(dòng)端的掃描測(cè)量示意圖。圖3為本發(fā)明提供的第二測(cè)量電極固定于某個(gè)位置作為參考電極，第一測(cè)量電極為活動(dòng)端的掃描測(cè)量示意圖；附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下I :成像體；2，3 :激勵(lì)電極；4 :第一測(cè)量電極；5 :第二測(cè)量電極；6 :激勵(lì)源；7 :測(cè)量裝置；8 :微處理器。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了實(shí)現(xiàn)在有效的區(qū)域內(nèi)更大限度的提取更多測(cè)量信息，從而提高成像分辨率與成像精度，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，詳見(jiàn)下文描述參見(jiàn)圖2和圖3,—種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng),包括一對(duì)激勵(lì)電極 2，3、第一測(cè)量電極4、第二測(cè)量電極5、激勵(lì)源6、測(cè)量裝置7和微處理器8，其中，一對(duì)激勵(lì)電極2，3固定設(shè)置在成像體I上，一對(duì)激勵(lì)電極2，3將激勵(lì)源6發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)引入成像體I ;第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5沿成像體I的表面在激勵(lì)電極 2，3之間進(jìn)行一維或二維的掃描；測(cè)量裝置7通過(guò)第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5采集成像體I的測(cè)量信息，并將測(cè)量信息傳輸至微處理器8，微處理器8對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行處理，重建成像體I的電阻抗分布圖像。進(jìn)一步地，為了滿足實(shí)際應(yīng)用中的多種需要，本發(fā)明實(shí)施例中的激勵(lì)源6優(yōu)選為電壓源或電流源，即可以是電流激勵(lì)電壓測(cè)量，或者是電壓激勵(lì)電流測(cè)量。激勵(lì)電極2，3將激勵(lì)源6發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)引入成像體1，具有特定電阻抗分布的成像體I內(nèi)部將形成特定的電流密度分布，第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5沿成像體I表面在兩激勵(lì)電極2，3之間進(jìn)行一維或二維移動(dòng)掃描，可對(duì)成像體I表面激勵(lì)電極2，3之間的電壓(或電流)分布進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)一步地，為了滿足實(shí)際應(yīng)用中的多種需要，本發(fā)明實(shí)施例中的激勵(lì)源6優(yōu)選為單一頻率或多個(gè)頻率的電流源。進(jìn)一步地，為了滿足實(shí)際應(yīng)用中的多種需要，本發(fā)明實(shí)施例中的激勵(lì)源6優(yōu)選為單一頻率或多個(gè)頻率的電壓源。其中，若激勵(lì)源6為單一頻率的信號(hào)，通過(guò)圖像重建方法可獲得成像體I的電阻抗分布；若激勵(lì)源6為多頻率的信號(hào)，則通過(guò)測(cè)量得到的不同頻率下的電壓(或電流)分布可以獲得不同頻率下的阻抗譜分布圖像。進(jìn)一步地，為了有效提高排布第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5的密度，增加有用信息(數(shù)據(jù))，從而提高電阻抗(譜)成像的空間分辨率，參見(jiàn)圖2，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選為第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5設(shè)置在激勵(lì)電極2，3之間，第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5都為活動(dòng)端，沿成像體I的表面在兩激勵(lì)電極2，3之間進(jìn)行一維或二維的掃描。 進(jìn)一步地，為了有效提高排布測(cè)量電極4的密度，增加有用信息(數(shù)據(jù))，從而提高電阻抗(譜)成像的空間分辨率，參見(jiàn)圖3，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選為第一測(cè)量電極4設(shè)置在激勵(lì)電極2，3之間，第二測(cè)量電極5固定于成像體I任意位置作為參考電極，第一測(cè)量電極4 為活動(dòng)端，沿成像體I的表面在激勵(lì)電極2，3之間進(jìn)行一維或二維的掃描。同理，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選為第二測(cè)量電極5設(shè)置在激勵(lì)電極2，3之間，第一測(cè)量電極4固定于成像體I任意位置作為參考電極，第二測(cè)量電極5為活動(dòng)端，沿成像體I的表面在激勵(lì)電極2，3之間進(jìn)行一維或二維的掃描。進(jìn)一步地，為了提高信號(hào)的采集效率和微處理器的求解效率，提高圖像的重建質(zhì)量，第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5沿成像體I的表面在激勵(lì)電極2，3之間進(jìn)行一維或二維的等間距掃描。進(jìn)一步地，為了提高信號(hào)的采集效率和微處理器的求解效率，提高圖像的重建質(zhì)量，第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5沿成像體I的表面在激勵(lì)電極2，3之間進(jìn)行一維或二維的非等間距掃描，即可在激勵(lì)電極2，3附近采用細(xì)密間距掃描，遠(yuǎn)離激勵(lì)電極2，3處采用粗大間距掃描。其中，微處理器8對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行處理，重建成像體I的電阻抗分布圖像的操作可以采用改進(jìn)的牛頓拉夫遜方法和濾波反投影方法等，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。其中，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)測(cè)量裝置7和微處理器8的型號(hào)不做限制，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需要進(jìn)行選擇。下面以幾個(gè)具體的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)的可行性，詳見(jiàn)下文描述實(shí)施例I當(dāng)?shù)谝粶y(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5為雙端掃描時(shí)，參見(jiàn)圖2，激勵(lì)信號(hào)為低頻電流源，通過(guò)激勵(lì)電極2和3施加于成像體I。第一測(cè)量電極4和第二測(cè)量電極5位于兩個(gè)激勵(lì)電極2和3之間，均為活動(dòng)端。測(cè)量時(shí)，第二測(cè)量電極5沿成像體I表面自起始位置3 向終止位置2每移動(dòng)一個(gè)單位，第一測(cè)量電極4都沿成像體I表面自起始位置2至終止位置3(例如第一測(cè)量電極4從激勵(lì)電極2所在的位置為起始位置開(kāi)始移動(dòng)，移動(dòng)到激勵(lì)電極3所在的位置為終止位置)進(jìn)行一次掃描，得到此掃描路線上的測(cè)量電極4和測(cè)量電極5 之間的電壓分布，直至第二測(cè)量電極5移動(dòng)到達(dá)終止位置2，測(cè)量裝置7通過(guò)第一測(cè)量電極 4和第二測(cè)量電極5掃描測(cè)得的電壓分布傳輸至微處理器8，微處理器8根據(jù)電阻抗成像方法重建成像體I的電阻抗分布圖像。實(shí)施例2當(dāng)?shù)谝粶y(cè)量電極4單端掃描時(shí)，參見(jiàn)圖3，激勵(lì)信號(hào)為低頻電流源，通過(guò)激勵(lì)電極2 和3施加于成像體I。第一測(cè)量電極4位于兩個(gè)激勵(lì)電極2和3之間，第一測(cè)量電極4為活動(dòng)端，第二測(cè)量電極5固定于成像體某個(gè)位置，作為零電勢(shì)參考點(diǎn)。測(cè)量時(shí)，測(cè)量裝置7通過(guò)第一測(cè)量電極4沿成像體I表面自起始位置2至終止位置3進(jìn)行掃描(例如第一測(cè)量電極4從激勵(lì)電極2所在的位置為起始位置開(kāi)始移動(dòng)，移動(dòng)到激勵(lì)電極3所在的位置為終止位置)，得到此掃描路線上的電壓分布，測(cè)量裝置7將電壓分布傳輸至微處理器8，微處理器8根據(jù)電阻抗成像方法重建成像體I的電阻抗分布圖像。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)以開(kāi)放式局部測(cè)量代替?zhèn)鹘y(tǒng)的封閉測(cè)量，以掃描電極測(cè)量方式代替固定電極模式，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的電阻抗成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明實(shí)施例克服了成像體表面面積對(duì)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極安置數(shù)量的限制，并且通過(guò)對(duì)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極的設(shè)置極大程度的提高了排布測(cè)量電極的密度，增加有用信息，從而改善了電阻抗重建的病態(tài)性，提高了電阻抗(或阻抗譜)成像的分辨率；并且通過(guò)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極沿成像體的表面在激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的等間距掃描，或非等間距掃描，提高了信號(hào)的采集效率和微處理器的求解效率，提高了圖像的重建質(zhì)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，其特征在于，包括一對(duì)激勵(lì)電極、第一測(cè)量電極、第二測(cè)量電極、激勵(lì)源、測(cè)量裝置和微處理器，其中，所述激勵(lì)電極固定設(shè)置在所述成像體上，所述激勵(lì)電極將所述激勵(lì)源發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)引入所述成像體；所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的掃描；所述測(cè)量裝置通過(guò)所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極采集所述成像體的測(cè)量信息，并將所述測(cè)量信息傳輸至所述微處理器，所述微處理器對(duì)所述測(cè)量信息進(jìn)行處理，重建所述成像體的電阻抗分布圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，其特征在于，所述激勵(lì)源具體為電壓源或電流源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng),其特征在于,所述激勵(lì)源具體為單一頻率或多個(gè)頻率的電流源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng),其特征在于,所述激勵(lì)源具體為單一頻率或多個(gè)頻率的電壓源。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極都為活動(dòng)端。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第二測(cè)量電極固定于成像體表面的任意位置，作為參考電極，所述第一測(cè)量電極為活動(dòng)端，其中所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極地位等同。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的掃描具體為所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的等間距掃描。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，其特征在于，所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的掃描具體為所述第一測(cè)量電極和所述第二測(cè)量電極沿所述成像體的表面在所述激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的非等間距掃描。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種開(kāi)放掃描電極模式的電阻抗成像系統(tǒng)，激勵(lì)電極將激勵(lì)源發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)引入成像體；第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極沿成像體的表面在激勵(lì)電極之間進(jìn)行一維或二維的掃描；測(cè)量裝置通過(guò)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極采集成像體的測(cè)量信息，并將測(cè)量信息傳輸至微處理器，微處理器對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行處理，重建成像體的電阻抗分布圖像。本發(fā)明克服了成像體表面面積對(duì)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極安置數(shù)量的限制，通過(guò)對(duì)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極的設(shè)置極大程度的提高了排布測(cè)量電極的密度，增加有用信息，改善了電阻抗重建的病態(tài)性，提高了電阻抗(或阻抗譜)成像分辨率，提高了圖像的重建質(zhì)量。
文檔編號(hào)A61B5/053GK102579043SQ20121004446
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者劉近貞, 李剛, 林凌, 郝麗玲, 陳瑞娟 申請(qǐng)人:天津大學(xué)